(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凝固対象液が付着した基板を略水平に保持して鉛直軸回りに回転させながら、前記凝固対象液の凝固点よりも低い冷却用気体をノズルから前記基板の表面に供給して前記凝固対象液を凝固させる凝固工程と、
前記凝固工程により凝固された凝固対象液を融解して除去する融解工程とを備え、
前記凝固工程は、
前記基板の回転中心から前記基板の外縁側に離れた初期位置の上方に配置した前記ノズルから前記冷却用気体を前記初期位置に供給することで、前記初期位置から前記基板の回転中心につながる初期領域の凝固対象液を凝固させる初期凝固工程と、
前記初期凝固工程後に、前記ノズルから前記冷却用気体を供給しつつ前記ノズルを前記基板の外縁側であって基板の回転中心から遠ざかる方向に相対移動させるノズル移動工程とを有する
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理方法であって、
前記初期位置が前記基板の回転中心と前記基板の外縁の中間よりも前記基板の回転中心寄りである基板処理方法。
【請求項３】
前記凝固工程では、前記ノズルの先端部に設けられた気体吐出口から前記冷却用気体を前記基板の表面に供給する請求項１または２に記載の基板処理方法であって、
前記基板の回転中心から前記初期位置までの距離は、前記気体吐出口の口径の半分以上である基板処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
前記凝固工程では、前記初期位置への前記冷却用気体の供給から第１の時間が経過した後に、前記ノズルの相対移動が開始される基板処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
前記凝固工程では、前記基板の外縁近傍の上方への前記ノズルの移動完了後、第２の時間が経過してから前記冷却用気体の供給を停止する基板処理方法。
【請求項６】
表面に凝固対象液が付着した基板を略水平に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板を鉛直軸回りに回転させる回転手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面の上方で前記基板の表面に沿って相対移動自在なノズルを有し、前記凝固対象液の凝固点よりも低い冷却用気体を前記ノズルから前記基板の表面に供給する冷却用気体供給手段と、
前記ノズルを前記基板の表面に沿って相対移動させる移動手段とを備え、
前記移動手段は、前記基板の回転中心から前記基板の外縁側に離れた初期位置の上方に前記ノズルを配置した後、前記ノズルを前記基板の外縁側であって基板の回転中心から遠ざかる方向に相対移動させ、
前記冷却用気体供給手段は、
前記初期位置の上方から前記基板の外縁側への前記ノズルの相対移動開始前に、前記初期位置の上方に配置された前記ノズルから前記冷却用気体を供給して前記初期位置から前記基板の回転中心につながる初期領域の凝固対象液を凝固させ、
前記基板の外縁側への前記ノズルの相対移動開始後、前記ノズルから前記冷却用気体を供給して前記初期領域以外の凝固対象液を凝固させる
ことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板の表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去する基板処理方法および基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去するための処理の１つとして凍結洗浄技術が知られている。この技術では、基板表面に形成した液膜を凍結させた後、この凍結膜を融解して除去することにより基板表面からパーティクル等を凍結膜とともに除去している。例えば、特許文献１に記載の技術においては、洗浄液としてのＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を基板表面に供給して液膜を形成した後、冷却ガスを吐出するノズルを基板の中央部から外縁部にスキャンさせることにより液膜を凍結させ、再度ＤＩＷを供給して凍結膜を融解除去することによって、基板表面からのパーティクルの除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７１８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者らは、種々の実験の結果、凍結膜の温度とパーティクル除去率との間に一定の相関性があることを見出した。それは、単に液膜を凍結させるだけでなく、凍結膜の温度をさらに低下させることによってパーティクル除去率をより向上させることが可能であるということである。したがって、凍結膜の温度低下を図ることがパーティクル除去率を向上させる上で有利であり、冷却ガスの温度低下などの液膜冷却条件の改良が検討されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、上記したようにノズルを基板の中央部から外縁部にスキャンさせているため、基板の中央部に比べて外縁付近の単位面積当たりに冷却ガスの供給時間が短く、基板の中央部と比較して外縁付近の凍結膜の温度は低下しない。そのため、凍結膜の温度が基板の中央部と外縁付近とで不均一になり、その結果、除去率の面内均一性が損なわれるという問題が発生していた。
【０００６】
そこで、このような問題を解消するために、例えば外縁付近でのノズル移動速度を抑えて外縁付近を冷却する時間を延長することが考えられる。しかしながら、時間延長は基板の凍結洗浄処理に要するトータル時間が長くなり、スループットの低下を招いてしまう。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去する基板処理方法および基板処理装置において、スループットの低下を招くことなく、しかも優れた面内均一性でパーティクル等を除去することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、表面に凝固対象液が付着した基板を略水平に保持して鉛直軸回りに回転させながら、凝固対象液の凝固点よりも低い冷却用気体をノズルから基板の表面に供給して凝固対象液を凝固させる凝固工程と、凝固工程により凝固された凝固対象液を融解して除去する融解工程とを備え、凝固工程は、基板の回転中心から基板の外縁側に離れた初期位置の上方に配置したノズルから冷却用気体を初期位置に供給することで、初期位置から基板の回転中心につながる初期領域の凝固対象液を凝固させる初期凝固工程と、初期凝固工程後に、ノズルから冷却用気体を供給しつつノズルを基板の外縁側であって基板の回転中心から遠ざかる方向に相対移動させるノズル移動工程とを有することを特徴としている。
【０００９】
また、この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、表面に凝固対象液が付着した基板を略水平に保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板を鉛直軸回りに回転させる回転手段と、基板保持手段に保持された基板の表面の上方で基板の表面に沿って相対移動自在なノズルを有し、凝固対象液の凝固点よりも低い冷却用気体をノズルから基板の表面に供給する冷却用気体供給手段と、ノズルを基板の表面に沿って相対移動させる移動手段とを備え、移動手段は、基板の回転中心から基板の外縁側に離れた初期位置の上方にノズルを配置した後、ノズルを基板の外縁側であって基板の回転中心から遠ざかる方向に相対移動させ、冷却用気体供給手段は、初期位置の上方から基板の外縁側へのノズルの相対移動開始前に、初期位置の上方に配置したノズルから冷却用気体を供給して初期位置から基板の回転中心につながる初期領域の凝固対象液を凝固させ、基板の外縁側へのノズルの相対移動開始後、ノズルから冷却用気体を供給して初期領域以外の凝固対象液を凝固させることを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明（基板処理方法および基板処理装置）では、基板の回転中心から基板の外縁側に離れた初期位置の上方に配置したノズルから初期位置に冷却用気体が供給される。このように冷却用気体を基板の初期位置に供給すると、冷却用気体は初期位置を中心として基板表面に沿って広がり、その一部は基板の回転中心にも及ぶ。その結果、初期位置から基板の回転中心につながる初期領域に付着する凝固対象液が凝固する。そして、その後でノズルが冷却用気体を供給しつつ基板の外縁側に相対移動されると、凝固される範囲が初期領域から基板の外縁側に広がり、基板表面に付着していた全凝固対象液が凝固される。このようにノズルから冷却用気体を最初に供給する位置を基板の回転中心よりも外縁側に設定することで凝固された凝固対象液の温度を基板の表面全体で均一化することができ、除去率の面内均一性が高められる。また、ノズルを移動させる範囲が従来技術よりも狭まるため、ノズル移動に要する時間が短縮されてスループットが向上される。
【００１１】
ここで、単にノズルを移動させる範囲を狭めるという観点から考えれば、初期位置を基板の外縁側に近づけるのが望ましいが、初期位置を基板の外縁側に近づけ過ぎると、最初の冷却用気体の供給によって基板の回転中心の凝固対象液を凝固させることが困難である。そのため、後述する実験結果で示すように基板の回転中心付近では外縁側から回転中心側に凝固が進み、凝固対象液の温度が基板の表面全体で均一化されず、除去率の面内均一性が損なわれる。しがたって、初期位置の上方に配置されたノズルから供給される冷却用気体により上記初期領域に付着する凝固対象液を凝固することができる範囲、例えば基板の回転中心と基板の外縁の中間よりも基板の回転中心寄りに初期位置を設定するのが望ましい。
【００１２】
また逆に、初期位置を基板の回転中心に近づけ過ぎると、従来技術と同様に、回転中心の温度が低下し過ぎて基板表面内での到達温度の不均一化が生じるとともにノズル移動範囲が広がり、スループットの向上を図ることが難しくなる。したがって、基板の回転中心から初期位置までの距離については、ノズルの先端部から冷却用気体を吐出する気体吐出口の口径の半分以上とするのが望ましい。
【００１３】
また、初期位置の上方に配置したノズルから冷却用気体を初期位置に供給した直後より、初期領域の凝固対象液を直ちに凝固させることは難しいので、初期位置への冷却用気体の供給から第１の時間が経過した後に、ノズルの相対移動を開始するのが望ましい。また、基板の外縁近傍の上方へのノズルの移動完了後、第２の時間が経過してから冷却用気体の供給を停止するように構成することで基板の外縁近傍で凝固された凝固対象液の到達温度を十分に低下させることができる。これによって、基板表面全体での凝固対象液の温度均一性をさらに高めることができ、除去率の面内均一性がさらに向上される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板の回転中心から基板の外縁側に離れた初期位置の上方に配置したノズルから冷却用気体を初期位置に供給することで初期領域に付着する凝固対象液を凝固した後でノズルを基板の外縁側に相対移動させて基板の表面に付着する全凝固対象液を凝固させているため、スループットの低下を招くことなく、凝固された凝固対象液の到達温度を均一化することができ、優れた面内均一性でパーティクル等を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】凍結洗浄技術における液膜の温度とパーティクル除去効率との関係を示すグラフである。
【図２】この発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。
【図３】図２の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。
【図４】図２の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。
【図５】図２の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。
【図６】図２の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。
【図７】初期位置と初期凝固領域との関係を示す図である。
【図８】初期位置と初期凝固領域との関係を示す図である。
【図９】初期位置と到達温度との関係を示す図である。
【図１０】初期位置と、パーティクル除去率の面内均一性との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜液膜の温度とパーティクル除去効率との関係＞
従来の凍結洗浄技術では液膜を凍結させているものの、凍結後の液膜温度についてはあまり考慮されていなかった。しかしながら、ＤＩＷ（凝固対象液）による液膜を用いた本願発明者らの実験によれば、図１に示すように、単に液膜を凍結させるだけではなく、凍結後の液膜の到達温度が低くなるほどパーティクル除去効率が高まることが明らかとなった。なお、ここでは、凍結前の液膜の温度および該液膜が凍結してなる凝固体の温度を総称して「液膜の温度」と称している。
【００１７】
図１は、いわゆる凍結洗浄技術における液膜の温度とパーティクル除去効率との関係を示すグラフであり、具体的には、次の実験により得られた結果を示している。この実験では、基板の代表例としてベア状態（全くパターンが形成されていない状態）のＳｉウエハ（ウエハ径：３００ｍｍ）を選択している。また、パーティクルとしてＳｉ屑（粒径；０．０８μｍ以上）によって基板表面が汚染されている場合について評価を行っている。
【００１８】
まず最初に、枚葉式の基板処理装置（大日本スクリーン製造社製、スピンプロセッサＳＳ−３０００）を用いてウエハを強制的に汚染させる。具体的には、ウエハを回転させながら、ウエハと対向配置されたノズルよりパーティクル（Ｓｉ屑）を分散させた分散液をウエハに供給する。ここでは、ウエハ表面に付着するパーティクルの数が約１００００個となるように、分散液の液量、ウエハ回転数および処理時間を適宜調整する。その後、ウエハ表面に付着しているパーティクルの数（初期値）を測定する。なお、パーティクル数の測定はＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ検査装置ＳＰ１を用いて、ウエハの外周から３ｍｍまでの周縁領域を除去（エッジカット）として残余の領域にて評価を行っている。
【００１９】
次に、各ウエハに対して以下の洗浄処理を行う。まず、１５０ｒｐｍで回転するウエハに、０．５℃に温度調整されたＤＩＷを６秒間吐出してウエハを冷却する。その後、ＤＩＷの吐出を停止して２秒間その回転数を維持し、余剰のＤＩＷを振りきって液膜を形成する。液膜形成後、ウエハ回転数を５０ｒｐｍに減速し、その回転数を維持しながらスキャンノズルにより温度−１９０℃の窒素ガスを流量９０［Ｌ／ｍｉｎ］でウエハ表面に対し吐出する。ノズルのスキャンはウエハの中心とウエハの端を２０秒で往復させて行う。図１の黒四角はスキャン回数に対応し、図１中左からスキャン１回、２回の順でスキャン５回までの結果が表示されている。このように、スキャン回数を変更することで液膜の凍結後の温度を変更している。
【００２０】
上記の冷却が終了した後、ウエハの回転数を２０００ｒｐｍとし、８０℃に温度調整されたＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で２秒間吐出した後、ウエハの回転数を５００ｒｐｍとし、リンス液として常温のＤＩＷを１．５［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で３０秒間供給し、ウエハのリンス処理を行う。その後ウエハを高速回転してスピンドライする。
【００２１】
こうして、一連の洗浄処理を施したウエハの表面に付着しているパーティクル数を測定する。それから、凍結洗浄後のパーティクル数と先に測定した初期（凍結洗浄処理前）のパーティクル数とを対比することで除去率を算出している。こうして得られたデータをプロットしたものが図１に示すグラフである。
【００２２】
同図から明らかなように、単に液膜を凍結させるだけではなく、凍結後の液膜の到達温度が低くなるほどパーティクル除去効率が高まる。つまり、冷却ガスによって基板上のＤＩＷ液膜を凍結させた後、凍結された液膜（凝固体）をさらに冷却して最終到達温度を低下させることで、洗浄効果を高めることが可能である。また、パーティクル除去効率の面内均一性を確保するためには、ウエハの中央部と外縁付近とで凍結後の液膜の到達温度がほぼ等しくなうように構成することが重要である。
【００２３】
ここで、上記実験で行ったようにウエハの中心とウエハの端を往復させるスキャン動作を繰り返すことで液膜全体を均一な到達温度まで冷却することが可能であるが、スキャン動作の繰り返しはスループットの低下を招くため、例えば特許文献１に記載されているように通常１回のスキャン動作で液膜を凍結させる必要がある。つまり、１回のスキャン動作で均一な到達温度の凝固体を、短時間で形成することが要求される。そこで、以下の実施形態では、最初にウエハの回転中心の上方よりも外縁側にノズルを配置して一定領域の凝固対象液を凝固させた後、ノズルを外縁側に相対移動させることでウエハの中心から外方に向けて凝固範囲が広げられて上記目的を達成している。以下、実施形態について図面を参照しつつ詳述する。
【００２４】
＜実施形態＞
図２はこの発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。また、図３は図２の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。さらに、図４は図２の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。この装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているパーティクル等の汚染物質を除去するための基板洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆについて、その表面Ｗｆに液膜を形成してそれを凍結させて凝固膜（凝固体）を形成した後、該凝固膜を融解除去することで凝固膜とともにパーティクル等を基板表面から除去する凍結洗浄処理を実行する基板処理装置である。凍結洗浄技術については上記特許文献１を始めとして多くの公知文献があるので、この明細書では詳しい説明を省略する。
【００２５】
この基板処理装置は処理チャンバ１を有しており、当該処理チャンバ１内部において基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持した状態で、基板Ｗを回転させるためのスピンチャック２を有している。このスピンチャック２の中心軸２１の上端部には、図３に示すように、円板状のスピンベース２３がネジなどの締結部品によって固定されている。この中心軸２１はモータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されている。そして、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構２２が駆動されると、中心軸２１に固定されたスピンベース２３が回転中心軸ＡＯを中心に回転する。
【００２６】
また、スピンベース２３の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン２４が立設されている。チャックピン２４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース２３の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。各チャックピン２４のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。また、各チャックピン２４は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。
【００２７】
そして、スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、各チャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、各チャックピン２４を押圧状態とする。各チャックピン２４を押圧状態とすると、各チャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、その表面Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。
【００２８】
また、上記のように構成されたスピンチャック２の上方には遮断部材９が配置されている。この遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。また、遮断部材９の下面は、基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。この遮断部材９は支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられている。この支持軸９１は、水平方向に延びるアーム９２により、基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。また、アーム９２には、遮断部材回転・昇降機構９３が接続されている。
【００２９】
遮断部材回転・昇降機構９３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、支持軸９１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、制御ユニット４は、遮断部材回転・昇降機構９３の動作を制御して、スピンチャック２に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材９を回転させる。また、遮断部材回転・昇降機構９３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３に近接させたり、逆に離間させる。具体的には、制御ユニット４は、遮断部材回転・昇降機構９３の動作を制御して、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置（図２に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には遮断部材９をスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで下降させる。
【００３０】
図３に示すように、遮断部材９の支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の下面（基板対向面）で開口するガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されている。この乾燥ガス供給ユニット６１は、窒素ガス供給源（図示省略）から供給される窒素ガスを基板Ｗに供給するもので、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６１１と、開閉バルブ６１２とを有している。このマスフローコントローラ６１１は制御ユニット４からの流量指令に応じて窒素ガスの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６１２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉してマスフローコントローラ６１１で流量調整された窒素ガスの供給／停止を切り替える。このため、制御ユニット４が乾燥ガス供給ユニット６１を制御することで、流量調整された窒素ガスが基板Ｗを乾燥させるための乾燥ガスとして適当なタイミングで遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に向けてガス供給管９５から供給される。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給ユニット６１からの乾燥ガスとして窒素ガスを供給しているが、空気や他の不活性ガスなどを供給するようにしてもよい。
【００３１】
ガス供給管９５の内部には、液体供給管９６が挿通されている。この液体供給管９６の下方端部は遮断部材９の下面で開口しており、その先端に液体吐出ノズル９７が設けられている。一方、液体供給管９６の上方端部はＤＩＷ供給ユニット６２に接続されている。このＤＩＷ供給ユニット６２はＤＩＷ供給源（図示省略）から供給される常温のＤＩＷをリンス液として基板Ｗに供給し、また８０℃程度まで昇温した高温ＤＩＷを融解除去処理用として基板Ｗに供給するもので、以下のように構成されている。ここでは、ＤＩＷ供給源に対して２系統の配管経路が設けられている。そのうちの一つである、リンス処理用の配管経路には、流量調整弁６２１と開閉バルブ６２２とが介挿されている。この流量調整弁６２１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６２２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して流量調整弁６２１で流量調整された常温ＤＩＷの供給／停止を切り替える。
【００３２】
また、もう一方の融解除去処理用配管経路には、流量調整弁６２３、加熱器６２４および開閉バルブ６２２が介挿されている。この流量調整弁６２３は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整して加熱器６２４に送り込む。そして、加熱器６２４は送り込まれた常温ＤＩＷを８０℃程度に加熱し、その加熱されたＤＩＷ（以下「高温ＤＩＷ」という）が開閉バルブ６２５を介して送り出される。なお、開閉バルブ６２５は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して高温ＤＩＷの供給／停止を切り替える。こうして、ＤＩＷ供給ユニット６２から送り出される常温ＤＩＷや高温ＤＩＷは適当なタイミングで基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液体吐出ノズル９７から吐出される。
【００３３】
また、スピンチャック２の中心軸２１は円筒状の空洞を有する中空になっており、中心軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂにリンス液を供給するための円筒状の液供給管２５が挿通されている。液供給管２５は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面側である裏面Ｗｂに近接する位置まで延びており、その先端に基板Ｗの下面の中央部に向けてリンス液を吐出する液吐出ノズル２７が設けられている。液供給管２５は、上記したＤＩＷ供給ユニット６２に接続されており、基板Ｗの裏面Ｗｂに向けてＤＩＷをリンス液として供給する。
【００３４】
また、中心軸２１の内壁面と液供給管２５の外壁面との隙間は、横断面リング状のガス供給路２９になっている。このガス供給路２９は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されており、乾燥ガス供給ユニット６１からガス供給路２９を介してスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスが供給される。
【００３５】
また、図２に示すように、この実施形態では、スピンチャック２の周囲にスプラッシュガード５１が、スピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸に対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード５１は回転軸に対して略回転対称な形状を有している。そして、ガード昇降機構５２の駆動によりスプラッシュガード５１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液膜形成用ＤＩＷ、リンス液やその他の用途のために基板Ｗに供給される処理液などを分別して処理チャンバ１内から図示を省略する排液処理ユニットへ排出することが可能となっている。
【００３６】
また、この処理チャンバ１の底面部には複数の排気口１１が設けられ、これらの排気口１１を介して処理チャンバ１の内部空間は排気ユニット６３に接続されている。この排気ユニット６３は排気ダンパーと排気ポンプとを有しており、排気ダンパーの開閉度合いを制御することで排気ユニット６３による排気量を調整可能となっている。そして、制御ユニット４は排気ダンパーの開閉量に関する指令を排気ユニット６３に与えることで処理チャンバ１からの排気量を調整して内部空間における温度や湿度などを制御する。
【００３７】
この基板処理装置では、冷却ガス吐出ノズル７がスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜凍結用冷却ガスを吐出可能に設けられている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル７は次のように構成された冷却ガス供給ユニット６４に接続されている。この冷却ガス供給ユニット６４は、図３に示すように、熱交換器６４１を有している。この熱交換器６４１の容器６４２は内部に液体窒素を貯留するタンク状となっており、液体窒素温度に耐えうる材料、例えば、ガラス、石英またはＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン：High Density Polyethylene）により形成されている。なお、容器６４２を断熱容器で覆う二重構造を採用してもよい。この場合、外部容器は、処理チャンバ外部の雰囲気と容器６４２との間での熱移動を抑制するために、断熱性の高い材料、例えば発泡性樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル樹脂：polyvinyl chloride）などにより形成するのが好適である。
【００３８】
容器６４２には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口６４３が設けられている。この液体窒素導入口６４３は開閉バルブ６４４を介して液体窒素供給源（図示省略）と接続されており、制御ユニット４からの開指令に応じて開閉バルブ６４４が開くと、液体窒素供給源から送出される液体窒素が容器６４２内に導入される。また、容器６４２内には液面センサ（図示省略）が設けられており、この液面センサによる検出結果が制御ユニット４に入力され、制御ユニット４によるフィードバック制御により開閉バルブ６４４の開閉が制御されて容器６４２内の液体窒素の液面レベルを高精度に制御可能となっている。なお、この第１実施形態では、液体窒素の液面レベルが一定となるようにフィードバック制御し、これによって冷却ガスの温度の安定化を図っている。
【００３９】
また、容器６４２の内部には、ステンレス、銅などの金属管で形成されたコイル状の熱交換パイプ６４５がガス通送路として設けられている。熱交換パイプ６４５は容器６４２に貯留された液体窒素に浸漬されており、その一方端がマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６４６を介して窒素ガス供給源（図示省略）と接続されており、窒素ガス供給源から窒素ガスが供給される。これにより、窒素ガスが熱交換器６４１内で液体窒素によりＤＩＷの凝固点よりも低い温度に冷やされて冷却ガスとして熱交換パイプ６４５の他方端から開閉バルブ６４７を介して冷却ガス吐出ノズル７に送出される。
【００４０】
こうして作成された冷却ガスの送り先である冷却ガス吐出ノズル７は、図２に示すように、水平に延設された第１アーム７１の先端部に取り付けられている。この第１アーム７１は、処理チャンバ１の天井部より垂下する回転軸７２により後端部が回転中心軸Ｊ１周りに回転自在に支持されている。そして、回転軸７２に対して第１アーム昇降・回転機構７３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸７２が回転中心軸Ｊ１周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第１アーム７１の先端部に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７が図４に示すように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。
【００４１】
また本実施形態では、冷却ガス吐出ノズル７と同様にして、冷水吐出ノズル８が基板表面Ｗｆの上方側で移動可能に構成されている。この冷水吐出ノズル８は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を構成する液体（本発明の「凝固対象液」に相当）として常温よりも低い、例えば０〜２℃、好ましくは０．５℃程度にまで冷却されたＤＩＷを供給するものである。すなわち、冷水吐出ノズル８は冷水供給ユニット６５に接続され、冷水供給ユニット６５によって常温のＤＩＷを０．５℃程度にまで冷却した上で冷水吐出ノズル８に送り出す。なお、この冷水供給ユニット６５は、図３に示すように、流量調整弁６５１、冷却器６５２および開閉バルブ６５３を有している。この流量調整弁６５１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整して冷却器６５２に送り込む。そして、冷却器６５２は送り込まれた常温ＤＩＷを０．５℃程度にまで冷却し、その冷水（冷却されたＤＩＷ）が開閉バルブ６５３を介して送り出される。
【００４２】
このように冷水供給を受けるノズル８を回転中心軸Ｊ２周りに回転し、また上下方向に昇降移動させるために、水平に延設された第２アーム８１の後端部が回転軸８２により回転中心軸Ｊ２周りに回転自在に支持されている。一方、第２アーム８１の先端部には、冷水吐出ノズル８が下方に吐出口（図示省略）を向けた状態で取り付けられている。さらに、回転軸８２に対して第２アーム昇降・回転機構８３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸８２が回転中心軸Ｊ２周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第２アーム８１の先端部に取り付けられた冷水吐出ノズル８が以下のように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。
【００４３】
冷却ガス吐出ノズル７および冷水吐出ノズル８はそれぞれ独立して基板Ｗに対して相対的に移動することが可能となっている。すなわち、図４に示すように、制御ユニット４からの動作指令に基づき第１アーム昇降・回転機構７３が駆動されて第１アーム７１が回転中心軸Ｊ１周りに揺動すると、第１アーム７１に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７は、スピンベース２３の回転中心上に相当する回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓ１との間を移動軌跡Ｔ１に沿って水平移動する。すなわち、第１アーム昇降・回転機構７３は、冷却ガス吐出ノズル７を基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。ただし、本実施形態では、凍結される液膜の到達温度を均一化するという目的とスループットの向上のために、後で説明するように冷却ガス吐出ノズル７の移動範囲を狭めている。
【００４４】
また、制御ユニット４からの動作指令に基づき第２アーム昇降・回転機構８３が駆動されて第２アーム８１が回転中心軸Ｊ２周りに揺動すると、第２アーム８１に取り付けられた冷水吐出ノズル８は第１アーム７１の待機位置Ｐｓ１と異なる別の待機位置Ｐｓ２と、回転中心位置Ｐｃとの間を移動軌跡Ｔ２に沿って水平移動する。すなわち、第２アーム昇降・回転機構８３は、冷水吐出ノズル８を基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。
【００４５】
図５および図６は図２の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。この装置では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理が実行される。ここでは、予め基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバ１内に搬入されてスピンチャック２に保持される一方、図２に示すように遮断部材９がその下面を対向させたままアーム７１、８１と干渉しない上方位置まで待避している。
【００４６】
基板Ｗの搬入後、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めする。これによって、冷水吐出ノズル８は図５（ａ）に示すように基板表面Ｗｆの回転中心の上方、つまり回転中心位置Ｐｃに位置する。そして、制御ユニット４は冷水供給ユニット６５の開閉バルブ６５７を開いて冷水吐出ノズル８から低温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷには、基板Ｗの回転に伴う遠心力が作用し、基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられ、その一部が基板外に振り切られる。これによって、基板表面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールして、基板表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）が形成される。なお、液膜形成に際して、上記のように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部を振り切ることは必須の要件ではない。例えば、基板Ｗの回転を停止させた状態あるいは基板Ｗを比較的低速で回転させた状態で基板ＷからＤＩＷを振り切ることなく基板表面Ｗｆに液膜を形成してもよい。
【００４７】
この状態では、基板Ｗの表面Ｗｆに所定厚さのパドル状液膜ＬＦが形成されている。こうして、液膜形成が終了すると、制御ユニット４は第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を待機位置Ｐｓ２に移動し、待機させる。また、第２アーム８１の移動後または移動に連動して制御ユニット４は冷却ガス供給ユニット６４および第１アーム昇降・回転機構７３を制御して基板表面Ｗｆの初期位置に冷却ガスを供給する（同図（ｂ））。すなわち、制御ユニット４は冷却ガス供給ユニット６４の各部を制御して冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル７から吐出させながら第１アーム昇降・回転機構７３を駆動制御して基板Ｗよりも十分高い位置で第１アーム８１を基板Ｗの回転中心Ｐ（０）の上方位置、つまり回転中心位置Ｐｃに向けて移動させる。ここで、「基板Ｗより十分高い位置」とは、ノズル７から吐出される冷却ガスが基板Ｗに影響を与えない程度の高さを意味している。そして、冷却ガス吐出ノズル７が基板Ｗの回転中心Ｐ（０）の手前位置Ｐ（Ｒin）の上方位置に達すると、制御ユニット４は第１アーム昇降・回転機構７３を駆動制御し、冷却ガス吐出ノズル７を基板Ｗの回転中心Ｐ（０）の手前位置Ｐ（Ｒin）の直上位置まで下降させる。これにより、タイミングＴＭ１より冷却ガスが回転する基板Ｗの表面Ｗｆの位置Ｐ（Ｒin）に供給される。なお、この明細書では、冷却ガス吐出ノズル７の位置を特定するために、基板Ｗの回転中心を「Ｐ（０）」と称するとともに、基板表面Ｗｆの回転中心Ｐ（０）から距離Ｒだけ離間した位置を「Ｐ（Ｒ）」と称する。特に、上記のように最初に位置決めされた冷却ガス吐出ノズル７の直下に相当する基板表面Ｗｆの位置を「初期位置Ｐ（Ｒin）」と称する。例えば、直径３００ｍｍの基板Ｗを処理対象とする装置では、距離Ｒの取り得る値は０ｍｍから１５０ｍｍの間であり、本実施形態では距離Ｒinを、
Ｗ7／２＜Ｒin＜７５ｍｍ
ただし、Ｗ7はノズル７のガス吐出口（図示省略）の口径、
に設定している。
【００４８】
こうして初期位置Ｐ（Ｒin）に供給された冷却ガスは初期位置Ｐ（Ｒin）のみを供給されるのではなく、初期位置Ｐ（Ｒin）を中心として基板表面Ｗｆに沿って広がり、その一部は基板Ｗの回転中心Ｐ（０）にも及び、その結果、初期位置Ｐ（Ｒin）から基板Ｗの回転中心Ｐ（０）につながる初期領域に付着するＤＩＷが凝固して初期凝固領域ＦＲ0が形成される（初期凝固工程）。なお、このように初期位置Ｐ（Ｒin）の直上位置にノズル７を配置して基板表面Ｗｆに冷却ガスをタイミングＴＭ１で供給したとしても、直ちに初期凝固領域ＦＲ0を形成することは難しいので、本実施形態では所定時間ΔＴ１（＝ＴＭ２−ＴＭ１）だけノズル７を初期位置Ｐ（Ｒin）の直上位置に停止させている。この所定時間ΔＴ１が本発明の「第１の時間」に相当する。また、このように液膜ＬＦを凍結させる際には、制御ユニット４は冷却ガス供給ユニット６４のマスフローコントローラ６４６を制御して冷却ガスの流量（つまり単位時間当たりの冷却ガス量）を液膜ＬＦの凍結に適した値に抑えている。このように冷却ガスの流量を抑制することで、基板表面Ｗｆが部分的に乾いて露出してしまうという問題や風圧で膜厚分布が不均一となって処理の均一性が担保されないという問題が発生するのを防止している。
【００４９】
そして、上記タイミングＴＭ１から所定時間ΔＴ１が経過した後に、図６（ａ）に示すように、冷却ガスの供給を継続させたまま冷却ガス吐出ノズル７を方向Ｄに移動させる、つまり基板Ｗの外縁位置に向けて移動させていく（ノズル移動工程）。これにより、凝固された凝固領域ＦＲが初期凝固領域ＦＲ0から基板Ｗの外縁側に広げられ、例えば同図（ｂ）に示すように、スキャン途中に基板表面Ｗｆの液膜全面が凍結して凝固膜ＦＦが形成される。また、冷却ガス吐出ノズル７が基板Ｗの外縁位置の上方に位置した段階で冷却ガスの供給を停止してもよいが、これでは基板Ｗの外縁近傍に供給された冷却ガス量がそれよりも回転中心側の領域よりも若干少なく、凝固膜ＦＦのうち基板Ｗの外縁近傍で凝固された凝固領域ＦＲeの到達温度が０℃程度に止まる可能性がある。そこで、冷却ガス吐出ノズル７を基板Ｗの外縁位置の上方に所定時間ΔＴ２だけ滞在させて冷却ガスを供給し続けてもよい。これにより、凝固領域ＦＲeの到達温度を十分に低下させて基板表面Ｗｆ全体での凝固膜ＦＦの到達温度を均一にすることが可能となる。
【００５０】
こうして液膜ＬＦを凍結させて凝固膜ＦＦを形成すると、制御ユニット４はノズル７からの冷却ガスの吐出を停止し、第１アーム７１を待機位置Ｐｓ１に移動させて基板表面Ｗｆからノズル７待避させる。その後、遮断部材９を基板表面Ｗｆに近接配置し、さらに遮断部材９に設けられたノズル９７から基板表面Ｗｆの凍結した液膜に向けて８０℃程度に昇温された高温ＤＩＷを供給して凝固膜（凝固体）ＦＦを解凍除去する（融解処理）。それに続いて、リンス液として常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給し、基板Ｗのリンス処理を行う。
【００５１】
ここまでの処理が実行された時点では、基板Ｗが遮断部材９とスピンベース２３との間に挟まれながら回転する状態で、基板Ｗの表面にＤＩＷが供給されている。ここで、基板表面Ｗｆへの高温ＤＩＷおよび常温ＤＩＷの供給と並行して、ノズル２７からも高温ＤＩＷおよび常温ＤＩＷを供給してもよい。続いて基板ＷへのＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗを高速回転により乾燥させるスピン乾燥処理を行う。すなわち、遮断部材９に設けられたノズル９７およびスピンベース２３に設けられた下面ノズル２７から乾燥ガス供給ユニット６１により供給される乾燥用の窒素ガスを吐出させながら基板Ｗを高速度で回転させることにより、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切り基板Ｗを乾燥させる。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを搬出することによって１枚の基板に対する処理が完了する。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、基板Ｗの回転中心Ｐ（０）から基板Ｗの外縁側に離れた初期位置Ｐ（Ｒin）の上方に冷却ガス吐出ノズル７を配置し、回転している基板Ｗの初期位置Ｐ（Ｒin）に冷却ガスを供給して、初期位置Ｐ（Ｒin）および回転中心Ｐ（０）を含む初期領域に付着するＤＩＷを凝固させることができる。例えばガス吐出口として３１［ｍｍ］×４６［ｍｍ］の開口を有する冷却ガス吐出ノズル７を初期位置Ｐ（６５）、つまり基板Ｗの回転中心Ｐ（０）から６５［ｍｍ］だけ外縁側に離れた位置の上方に位置決めした後、滞在時間３．４［ｓｅｃ］だけ滞在させながら温度−１９０℃の窒素ガスを流量９０［Ｌ／ｍｉｎ］で基板表面Ｗｆに供給することで、初期凝固領域ＦＲ0が液膜ＬＦの中央部に形成される（初期凝固工程）。この初期凝固領域ＦＲ0は、初期位置Ｐ（６５）を中心として基板表面Ｗｆに沿って広がる冷却ガスにより凝固される領域であり、初期位置Ｐ（６５）から回転中心Ｐ（０）につながるように基板表面Ｗｆに形成されており、上方からの平面視で回転中心軸（鉛直軸）ＡＯを中心とする略円形形状となっている。この点に関しては、後で説明する実施例でも確認されている。
【００５３】
そして、冷却ガスの供給による初期凝固領域ＦＲ0の形成に続いて、ノズル７から冷却ガスを供給しながら初期位置Ｐ（６５）の上方から基板Ｗの外縁部の上方まで約９．４［ｓｅｃ］かけて移動させることによって、凝固される範囲が初期領域から基板Ｗの外縁側に広がり、基板表面Ｗｆに付着していた全ＤＩＷ（凝固対象液）を凝固して液膜ＬＦ全体を凍結している（ノズル移動工程）。このようにノズル７から冷却ガスを最初に供給する位置を基板Ｗの回転中心Ｐ（０）よりも外縁側に設定することで凝固膜（凝固体）ＦＦの到達温度を基板Ｗの表面全体で均一化することができ、除去率の面内均一性を高めることができた。また、ノズル７を移動させる範囲が狭まり、冷却ガスを最初に供給する位置を回転中心Ｐ（０）の上方に設定していた従来技術に比べてノズル移動に要する時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。また、ノズル７を移動させる範囲が狭まった分だけノズル７の移動速度を落とすことで基板表面Ｗｆの各部に対して冷却ガスが供給される時間が長くなり、到達温度をさらに低下させることも可能である。この場合、パーティクルの除去率をさらに向上させることができる。この点に関しても、後で説明する実施例で確認されている。
【００５４】
さらに、冷却ガス吐出ノズル７が基板Ｗの外縁近傍Ｐ（１５０）に移動した後に、その位置で所定時間ΔＴ２、例えば５．７［ｓｅｃ］だけ滞在させて冷却ガスを供給し続けているため、凝固領域ＦＲeの到達温度を十分に低下させることができ、基板表面Ｗｆ全体での凝固膜ＦＦの到達温度が均一となり、除去率の面内均一性が向上した。
【００５５】
このように、本実施形態では、スピンチャック２が本発明の「基板保持手段」に相当し、チャック回転機構２２が本発明の「回転手段」に相当している。また、冷却ガス吐出ノズル７および冷却ガス供給ユニット６４が本発明の「冷却用気体供給手段」として機能し、第１アーム７１および第１アーム昇降・回転機構７３が本発明の「移動手段」として機能している。
【００５６】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、基板Ｗの回転中心Ｐ（０）から６５［ｍｍ］だけ外縁側に離れた位置Ｐ（６５）を初期位置とし、この上方に冷却ガス吐出ノズル７を配置して初期凝固領域ＦＲ0を形成している（初期凝固工程）が、この初期位置Ｐ（Ｒin）はこれに限定されるものではなく、基板Ｗの回転中心Ｐ（０）よりも外縁側であり、かつ基板の回転中心Ｐ（０）と基板Ｗの外縁Ｐ（１５０）の中間よりも基板Ｗの回転中心寄りであればよい。より好ましくは、位置Ｐ（Ｗ7／２）よりも外縁側である。
【００５７】
また、上記実施形態では、冷却ガス吐出ノズル７を移動させることで初期位置の上方に配置し、初期位置の上方から基板の外縁側に相対移動させているが、冷却ガス吐出ノズル７の代わりに、または冷却ガス吐出ノズル７とともに基板Ｗを移動させるように構成してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、ＤＩＷによって液膜を形成しているが、液膜を構成する液体、つまり凝固対象液はこれに限定されない。例えば、炭酸水、水素水、希薄濃度（例えば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水、希薄濃度の塩酸などを用いたり、ＤＩＷに少量の界面活性剤を加えたものを用いてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、同一の窒素ガス供給源から乾燥ガス供給ユニット６１および冷却ガス供給ユニット６４に乾燥ガス（窒素ガス）を供給しているが、これらは窒素ガスに限定されない。例えば、乾燥ガスと冷却ガスとを異なるガス種としてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態の基板処理装置は、窒素ガス供給源、ＤＩＷ供給源および液体窒素供給源をいずれも装置内部に内蔵しているが、これらの供給源については装置の外部に設けられてもよく、例えば工場内に既設の供給源を利用するようにしてもよい。また、これらを冷却するための既設設備がある場合には、該設備によって冷却された液体やガスを利用するようにしてもよい。
【００６１】
さらに、上記実施形態の基板処理装置は、基板Ｗの上方に近接配置される遮断部材９を有するものであるが、本発明は遮断部材を有しない装置にも適用可能である。また、この実施形態の装置は基板Ｗをその周縁部に当接するチャックピン２４によって保持するものであるが、基板の保持方法はこれに限定されるものではなく、他の方法で基板を保持する装置にも、本発明を適用することが可能である。
【実施例】
【００６２】
次に本発明の実施例および比較例を示すが、本発明はもとより下記実施例や比較例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６３】
ここでは、図７および図８に示すように、冷却ガス吐出ノズル７を最初に位置決めする位置を相違させながら、初期凝固領域ＦＲ0の形状や大きさを検証した。すなわち、冷却ガス吐出ノズル７を、
・基板Ｗの回転中心Ｐ（０）の上方、
・基板Ｗの位置Ｐ（２０）の上方、
・基板Ｗの位置Ｐ（４０）の上方、
・基板Ｗの位置Ｐ（６５）の上方、
・基板Ｗの位置Ｐ（８０）の上方、
・基板Ｗの位置Ｐ（１００）の上方
に配置し、冷却ガス吐出ノズル７を２秒間滞在させたまま温度−１９０℃の窒素ガスを冷却ガスとして流量９０［Ｌ／ｍｉｎ］で基板表面Ｗｆに供給したときの初期凝固領域ＦＲ0をそれぞれ観測した。その結果、基板Ｗの回転中心Ｐ（０）、位置Ｐ（２０）、位置Ｐ（４０）、位置Ｐ（６５）の上方に冷却ガス吐出ノズル７を位置決めした場合には、初期位置を含み、かつ平面視で基板Ｗの回転中心軸（鉛直軸）ＯＡを中心とする半径４０［ｍｍ］、７０［ｍｍ］、８０［ｍｍ］、１０５［ｍｍ］の略円形の初期凝固領域ＦＲ0が得られた（図７（ａ）〜（ｃ）、図８（ａ））。そして、初期凝固領域ＦＲ0の形成後に、冷却ガスをそのまま継続して供給しながら冷却ガス吐出ノズル７を基板Ｗの外縁側に移動させると、初期凝固領域ＦＲ0が回転中心側から外縁側に広がり、基板表面Ｗｆ全体に凝固膜ＦＦが形成された。これに対し、それらよりも外縁側に離れた位置Ｐ（８０）、位置Ｐ（１００）の上方に冷却ガス吐出ノズル７を位置決めした場合には、回転中心付近では液膜は凝固されず、平面視でドーナツ形状の初期凝固領域ＦＲ0が得られた（図８（ｂ）、（ｃ））。そして、初期凝固領域ＦＲ0の形成後に、冷却ガスをそのまま継続して供給しながら冷却ガス吐出ノズル７を基板Ｗの外縁側に移動させると、初期凝固領域ＦＲ0の外周側が外縁に向かって広がる一方、少し遅れて初期凝固領域ＦＲ0の内周側が回転中心に向かって広がり、基板表面Ｗｆ全体に凝固膜ＦＦが形成された。
【００６４】
こうして凝固膜ＦＦが得られた基板Ｗのうち初期位置Ｐ（Ｒin）を基板Ｗの回転中心Ｐ（０）、位置Ｐ（６５）、位置Ｐ（１００）とした基板Ｗについて、基板表面Ｗｆに形成された凝固膜ＦＦの到達温度分布を計測したところ、図９に示す結果が得られた。同図中の符号Ｒ０（×Ａ）、Ｒ３０（×Ｂ）、Ｒ６０（×Ｃ）、Ｒ９０（×Ｄ）、Ｒ１２０（×Ｅ）、Ｒ１４０（×Ｆ）はそれぞれ回転中心から半径方向に０［ｍｍ］、３０［ｍｍ］、６０［ｍｍ］、９０［ｍｍ］、１２０［ｍｍ］、１４０［ｍｍ］だけ離れた位置での表面温度を示している。同図（ａ）から明らかなように、初期位置Ｐ（Ｒin）を基板Ｗの回転中心Ｐ（０）とした場合、つまり従来技術では、回転中心の到達温度がその他の位置よりも大幅に低く、外縁側に行くにしたがって到達温度が高くなり、外縁付近は回転中心付近よりも大幅に温度が高くなっている。また、初期位置Ｐ（Ｒin）を位置Ｐ（１００）とした場合、外縁近傍の到達温度が比較的低く、回転中心付近では外縁近傍に比べて大幅に高くなっている。これらに対し、初期位置Ｐ（Ｒin）を位置Ｐ（６５）とした場合、外縁近傍の到達温度が若干高いものの、基板全体で見たとき、基板表面Ｗｆの面内で比較的均等に低温となっている。
【００６５】
そして、図９（ａ）〜（ｃ）に示す到達温度分布を有する基板Ｗについて上記実施形態と同様の融解処理、リンス処理および乾燥処理を行った後、各基板Ｗの各部におけるパーティクルの除去率を計測したところ、図１０に示す結果が得られた。同図に示すように、初期位置Ｐ（Ｒin）を回転中心Ｐ（０）や位置Ｐ（１００）とした場合には、それぞれ凝固膜ＦＦの温度が高かった付近でのパーティクル除去率が低く、十分な面内均一性が得られていない。これに対し、初期位置Ｐ（Ｒin）を位置Ｐ（６５）とした場合には、基板表面Ｗｆの全体に渡って均一で、しかも高いパーティクル除去率が得られており、これは図９（ｂ）に示す到達温度分布の結果とも一致するものである。
【００６６】
このように、初期位置から基板Ｗの回転中心Ｐ（０）につながる初期領域に付着するＤＩＷ（凝固対象液）を凝固させることができる程度に基板Ｗの回転中心Ｐ（０）から基板Ｗの外縁側に離れた初期位置の上方にノズルを配置して初期凝固工程を行った後、ノズル７から冷却ガスを供給しつつノズル７を基板Ｗの外縁側に移動させることで優れた面内均一性でパーティクル等を除去することが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般の表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去する基板処理方法および基板処理装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
２…スピンチャック（基板保持手段）
７…冷却ガス吐出ノズル（冷却用気体供給手段）
２２…チャック回転機構（回転手段）
６４…冷却ガス供給ユニット（冷却用気体供給手段）
７１…アーム（移動手段）
７３…第１アーム昇降・回転機構（移動手段）
ＡＯ…回転中心軸（鉛直軸）
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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